Лигатура для титановых сплавов

Лигатура для титановых сплавов

Реферат

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при производстве сплавов титана.

Введение в сплав легирующих компонентов, различающихся по плотности, температуре плавления и другим характеристикам, невозможно без применения промежуточного сплава - лигатуры, которая по физическим параметрам близка к титану и позволяет получать однородный бездефектный металл с заданными характеристиками.

В цветной металлургии известны лигатуры на основе ниобия, содержащие алюминий и другие элементы, входящие в состав сплавов на основе цветных металлов, в том числе и титана [1].

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к описываемой является лигатура-прототип, которая содержит, мас.%: алюминий 8-15, ниобий - остальное [2].

Недостатком лигатуры-прототипа является ее высокая температура плавления 1920°С (температура плавления титана 1665°С) и плотность более 6,5 г/см³ (плотность титана 4,5 г/см³) из-за высокого содержания тугоплавкого ниобия и низкого содержания алюминия.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение температуры плавления и плотности заявляемой лигатуры для обеспечения приближения ее физических характеристик к титану.

Для достижения технического результата в лигатуру-прототип, которая содержит алюминий и ниобий, дополнительно вводят углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ниобий	60,0-70,0,
алюминий	27,0-38,0,
углерод	1,0-3,0,
примеси	остальное.

В качестве примесей лигатура содержит, мас.%: железо ≤0,18, кремний ≤0,19, кислород ≤0,07.

Снижение содержания ниобия и повышение содержания алюминия по сравнению с лигатурой-прототипом позволяет снизить температуру плавления до 1630÷1720°С и плотность до 4,5÷5,2 г/см³ заявляемой лигатуры. Дополнительное введение в состав лигатуры углерода вызвано необходимостью микролегирования титановых сплавов.

Лигатуру получают методом внепечной алюмотермической плавки. Ниобий вводят в шихту в виде окисла, который в процессе плавки восстанавливается до металла. Алюминий и углерод вводят в шихту в виде порошков (углерод в виде графитового порошка). Необходимое количество тепла обеспечивается экзотермичностью химической реакции восстановления окиси ниобия алюминием. Для обеспечения жидкотекучести шлака, достижения равномерного хода реакции и увеличения выхода годного лигатуры в состав алюмотермической смеси вводится СаО.

Пример конкретного выполнения

Для получения предлагаемой лигатуры была приготовлена шихта трех составов, приведенных в таблице, из которых были получены алюмотермическим методом лигатуры с процентным содержанием компонентов на нижнем, промежуточном и верхнем пределах составов. Полученные лигатуры были подвергнуты испытаниям по определению температуры плавления и плотности.

Шихтовые составы смесей для получения предлагаемой лигатуры и результаты химического анализа и физических характеристик в сравнении с лигатурой-прототипом приведены в таблице.

№ п/п	Содержание компонентов в шихте, %	Содержание элементов в лигатуре, %	Свойства лигатуры
основные	примеси
Nb2O5	Al	Графит	CaO	Nb	Al	C	Fe	Si	O	t° плавл., °C	плотн., г/см3
Пре-длагае-мая ли-га-ту-ра	52,7	40,2	1,2	5,9	60,0	38,0	1,6	0,16	0,19	0,05	1630	4,5
55,6	37,3	1,3	5,8	64,9	32,7	2,0	0,17	0,17	0,06	1668	4,8
58,3	34,4	1,7	5,6	70,0	27,0	2,6	0,18	0,15	0,07	1720	5,2
Лигатура-прототип	88,0	12,0	-	0,09	0,09	0,18	1920	6,5

Полученные результаты показали, что температура плавления предлагаемой лигатуры в зависимости от состава находится в пределах от 1630 до 1720°C и плотность - от 4,5 до 5,2 г/см³, которые близки к титану, что обеспечивает хорошее ее растворение в процессе вакуумно-дуговой плавки титана. При подготовке шихты к выплавке титановых слитков лигатуры подвергают дроблению. В результате была выявлена лучшая дробимость предлагаемой лигатуры по сравнению с лигатурой-прототипом, что связано с введением в состав предлагаемой лигатуры углерода.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №436880, кл. C22C 27/00 1972.

2. Авторское свидетельство СССР №692886, кл. C22C 35/00 1978.

1. Лигатура для титановых сплавов, содержащая ниобий и алюминий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ниобий	60-70
Алюминий	27-38
Углерод	1-3
Примеси	Остальное

2. Лигатура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве примесей она содержит железо, кремний и кислород при их содержании, мас.%:

Железо	≤0,18
Кремний	≤0,19
Кислород	≤0,07